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Vorwort
5
Inhaltsverzeichnis
7
Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen
11
1 Grundstrukturen der Sensorschaltungstechnik
15
1.1 Einführung
15
1.2 Reihenstruktur
16
1.3 Parallelstruktur
17
1.4 Kreisstruktur
19
1.5 Integrierte und intelligente Sensoren
20
1.6 Lernziel-Test
22
2 Rausch- und driftarme Operationsverstärkerschaltungen
25
2.1 Einführung
25
2.2 Operationsverstärker in der Sensorschaltungstechnik
31
2.3 Elektronische Rauschquellen
34
2.4 Rauschen von Operationsverstärkerschaltungen
39
2.5 Elektronische Drift- und Störquellen
44
2.6 Nachweis kleiner Signale mit Operationsverstärkerschaltungen
49
2.7 Lernziel-Test
50
3 Analog-Digital-Umsetzer für die Sensorik
51
3.1 Einführung
51
3.2 Dual-slope-Umsetzer für die Sensortechnik
54
3.3 Sigma-Delta-Umsetzer für die Sensorik
57
3.4 Sensor-Interfaces
61
3.5 Integrierte Sensor-Analog-Digital-Umsetzer
66
3.6 Lernziel-Test
68
4 Schaltungstechnik für Temperatursensoren
69
4.1 Temperatursensoren
69
4.2 Linearisierung von Silizium-Widerstandssensoren
70
4.3 Thermoelemente und integrierte Verstärkertechnik
75
4.4 Bandgap-Referenz-Sensoren
80
4.5 Integrierte Temperatursensoren
84
4.6 Lernziel-Test
90
5 Schaltungstechnik für Drucksensoren
91
5.1 Halbleiter-Drucksensoren
91
5.2 Brückenverstärker mit Nullpunkts- und Temperaturkompensation für piezoresistive Sensoren
96
5.3 Elektrometer- und Ladungsverstärker für piezoelektrische Sensoren
104
5.4 Umsetzerschaltungen für kapazitive Sensoren
106
5.5 Integrierte Schaltungskonzepte für Drucksensoren
113
5.6 Lernziel-Test
117
6 Schaltungstechnik für Beschleunigungssensoren
119
6.1 Halbleiter-Beschleunigungssensoren
119
6.2 Schaltungen für piezoresistive und piezoelektrische Beschleunigungssensoren
121
6.3 Schaltungstechnik für Differentialkondensatorsensoren
122
6.4 Integrierte Beschleunigungssensoren
124
6.5 Lernziel-Test
130
7 Schaltungstechnik für Feuchtesensoren
131
7.1 Feuchtesensoren
131
7.2 Astabile Multivibratorschaltungen für kapazitive Feuchtesensoren
134
7.3 Kapazitäts-Spannungs-Umsetzer für Feuchtesensoren
139
7.4 Integrierte Feuchtesensoren
141
7.5 Lernziel-Test
144
8 Schaltungstechnik für magnetische Sensoren
145
8.1 Magnetische Sensoren
145
8.2 Magnetometerschaltung mit Operationsverstärker
149
8.3 Hall-Verstärkerschaltungen
152
8.4 Integrierte magnetogalvanische Sensoren
157
8.5 Brückenschaltungen für magnetoresistive Sensoren
162
8.6 Induktive Halbbrückenschaltungen für Differenzspulensensoren
169
8.7 Integrierte Fluxgate-Sensoren
172
8.8 Lernziel-Test
174
9 Schaltungstechnik für optische Sensoren
175
9.1 Optische Sensoren
175
9.2 Präzisions-Fotoverstärkerschaltungen mit Operationsverstärkern
183
9.3 Integrierte Fotoverstärkerschaltungen
192
9.4 Farbsensorschaltungstechnik
202
9.5 Schaltungstechnik für positionsempfindliche Sensoren
205
9.6 Integrierter Kantensensor mit Kapazitäts-Frequenz-Umsetzer
215
9.7 Pyroelektrische Verstärkertechnik
220
9.8 Lernziel-Test
230
10 Schaltungstechnik für chemische Sensoren
231
10.1 Gas- und Flüssigkeitssensoren
231
10.2 Metalloxid-Leitfähigkeitssensoren
233
10.3 Potentiometrische und amperometrische Schaltungen für Festelektrolytsensoren
237
10.4 Schaltungstechnik für pH-Sensoren
242
10.5 Wärmetönungs- und Wärmeleitungs-Gassensoren
249
10.6 Lernziel-Test
256
11 Schaltungstechnik für biologische Sensoren
257
11.1 Biosensoren
257
11.2 CMOS-Potentiostate für biochemische Sensoren
261
11.3 Konduktometrische Schaltungstechnik
265
11.4 ISFET-Biosensor-Interfaces
267
11.5 Biokapazitive Schaltungstechnik
271
11.6 Cantilever-basierte Biosensoren
273
11.7 Magnetoresistive Multianalyt-Biosensoren
275
12 Lösungen von Aufgaben der Lernziel-Tests
279
Anhang
285
A Übersicht über Operationsverstärker-Typen für die Sensorschaltungstechnik
285
B Übersicht über Typen von Analog-Digital-Umsetzern für die Sensorschaltungstechnik
287
C Ausgewählte Internet-Adressen von Sensor- und Halbleiterfirmen
290
Literaturverzeichnis
293
Verzeichnis der Abkürzungen
303
Wichtige physikalische Konstanten
304
Stichwortverzeichnis
305
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